KR100690355B1 - 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치 및 유전체오버행을 이용한 인덕터 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치 및 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치는, 기판 위에서 소스와 드레인 사이에 설치되고, 유전체로 이루어지는 다수개의 오버행; 및 상기 각 오버행 사이에 설치되는 게이트를 포함한다. 또한, 본 발명의 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법은 기판 위에 유전체를 코팅하는 제1 단계; 상기 유전체 위에 제1 하단 스파이럴을 제작하는 제2 단계; 상기 제1 하단 스파이럴이 설치된 부분 외의 유전체를 에칭하여, 제1 오버행을 생성하는 제3 단계; 상기 유전체의 에칭된 부분에 제2 하단 스파이럴을 제작하는 제4 단계; 상기 제1 및 제2 하단 스파이럴이 설치된 기판 위에 소정 높이로 유전체를 코팅하여 평탄화하고, 하단 스파이럴과 상단 스파이럴이 전기적으로 연결되어야 하는 부분에는 비아홀을 형성시키는 제5 단계; 상기 제5 단계에서 평탄화된 유전체 및 상기 비아홀 위에 제1 상단 스파이럴을 제작하는 제6 단계; 상기 제1 상단 스파이럴이 설치된 부분 외의 유전체를 에칭하여, 제2 오버행을 생성하는 제7 단계; 및 상기 제7 단계에서 에칭된 부분 및 상기 비아홀에 제2 상단 스파이럴을 제작하는 제8 단계를 포함한다.
Description
도 1은 기존의 레지스트 오버행의 전자 현미경 사진
도 2는 게이트 사이의 간격이 1㎛ 일 때 무너진 기존의 레지스트 오버행의 전자 현미경 사진
도 3은 기존의 일반적인 평면적 구조의 스파이럴 인덕터의 도면
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치의 모식도
도 5는 본 발명의 유전체 오버행의 전자 현미경 사진
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치에서 게이트 간의 거리가 200nm인 경우의 전자 현미경 사진
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법의 플로우 차트
도 8 내지 도 15는 상기 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조방법의 각 공정에 따른 단면도
도 16 및 도 17은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법에 의해 제조된 인덕터의 모식도 및 분리 평면도
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법에 의해 제조된 인덕터의 전자현미경 사진이다.
본 발명은 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치 및 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 다중 게이트 구조의 고주파 스위치에서 유전체로 이루어진 오버행을 이용하여 게이트 간의 거리를 좁혀서 고주파 스위치의 전기적 특성을 좋게 할 수 있는 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치 및 유전체 오버행을 사용하여 입체적 다층 구조의 스파이럴 인덕터를 제작함으로써, 면적당 인덕턴스를 크게 하고 제작 시간 및 비용을 줄이는 유전체 오버행을 이용한 인덕터의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 기존의 레지스트 오버행의 전자 현미경 사진이다.
일반적으로 고주파 스위치에 사용되는 FET 트랜지스터 소자는, 소스(Source)와 드레인(Drain) 사이에 도 1에서 보는 바와 같은 여러 개의 오버행(10)을 제작하고 상기 오버행(10) 사이사이에 여러 개의 게이트를 넣는다. 이를 스택트 게이트(Stacked Gate) 또는 다중 게이트(Multiple Gate)라고 부른다.
이 때 중요한 요소가 게이트와 게이트 사이의 간격(Lgg)이다. Lgg가 증가하면 소스와 드레인 간의 저항이 증가하여 고주파 스위치의 전기적 특성을 저하시키므로 Lgg를 감소시키는 노력이 필요하다.
기존에는 레지스트 오버행(10)을 이용하여 게이트를 제작하였다. 도 1의 레지스트 오버행(10)은 Lgg가 1.3㎛ 인 경우이다.
그러나 레지스트를 사용할 경우에 Lgg를 1㎛ 이하로 줄이는 것이 어렵다. 레지스트는 주변의 충격에 약하고, 특히 레지스트의 바닥은 좁으면서 높이 쌓아야 할 필요가 있을 경우에 레지스트는 넘어지기 쉽기 때문이다.
도 2는 Lgg가 1㎛ 일 때 무너진 기존의 레지스트 오버행(10)의 전자 현미경 사진이다.
따라서, 기존의 레지스트 오버행을 이용한 고주파 스위치는 Lgg를 1㎛ 이하로 줄일 수가 없어, 소스와 드레인 간의 저항이 커서 전기적 특성이 좋지 않다는 문제점이 있다.
도 3은 기존의 일반적인 평면적 구조의 스파이럴 인덕터의 도면이다.
도 3을 참조하면, 스파이럴(20) 사이에는 빈 공간(30)이 생기게 된다. 즉 하나의 스파이럴(20)을 만들면 빈 공간(30)이 생기게 되는데, 상기 빈 공간(30)을 얼만큼 활용할 수 있는지에 따라 면적당 인덕턴스가 결정된다.
지금까지는, 상기 빈 공간(30)을 줄이는 데에는 한계가 있으므로 이러한 평면적인 구조로 된 인덕터를 단순한 쌓아 만든 다층 구조의 스파이럴 인덕터를 제작하여 면적당 인덕턴스를 높일 수 밖에 없었고, 빈 공간(30)을 직접적으로 활용하여 면적당 인덕턴스를 높이는 스파이럴 인덕터는 개발되지 못하고 있는 실정이다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 다중 게이트 구조의 고주파 스위치에서 유전체로 이루어진 오버행을 이용하여 게이트 간의 거리를 좁혀서 고주파 스위치의 전기적 특성을 좋게 할 수 있는 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 유전체 오버행을 사용하여 입체적 다층 구조의 스파이럴 인덕터를 제작함으로써, 면적당 인덕턴스를 크게 하고 제작 시간 및 비용을 줄이는 유전체 오버행을 이용한 인덕터의 제조 방법을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치는, 기판 위에서 소스와 드레인 사이에 설치되고, 유전체로 이루어지는 다수개의 오버행; 및 상기 각 오버행 사이에 설치되는 게이트를 포함한다.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법은, 기판 위에 유전체를 코팅하는 제1 단계; 상기 유전체 위에 제1 하단 스파이럴을 제작하는 제2 단계; 상기 제1 하단 스파이럴이 설치된 부분 외의 유전체를 에칭하여, 제1 오버행을 생성하는 제3 단계; 상기 유전체의 에칭된 부분에 제2 하단 스파이럴을 제작하는 제4 단계; 상기 제1 및 제2 하단 스파이럴이 설치된 기판 위에 소정 높이로 유전체를 코팅하여 평탄화하고, 하단 스파이럴과 상단 스파이럴이 전기적으로 연결되어야 하는 부분에는 비아홀을 형성시키는 제5 단계; 상기 제5 단계에서 평탄화된 유전체 및 상기 비아홀 위에 제1 상단 스파이럴을 제 작하는 제6 단계; 상기 제1 상단 스파이럴이 설치된 부분 외의 유전체를 에칭하여, 제2 오버행을 생성하는 제7 단계; 및 상기 제7 단계에서 에칭된 부분 및 상기 비아홀에 제2 상단 스파이럴을 제작하는 제8 단계를 포함한다.
또한, 상기 제5 단계는, 상기 제1 하단 스파이럴의 내측 일단부에 제1 상단 스파이럴의 일단부와 연결되는 제1 비아홀을 형성시키고, 제1 상단 스파이럴의 타단부에 제2 하단 스파이럴의 외측 일단부와 연결되는 제2 비아홀을 형성시키고, 제2 하단 스파이럴의 타단부에 제2 상단 스파이럴의 내측 일단부와 연결되는 제3 비아홀을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치의 모식도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치(100)는, 기판(110) 위에서 소스(120)와 드레인(130) 사이에 설치되고 유전체로 이루어지는 다수개의 오버행(140) 및 상기 각 오버행(140) 사이에 설치되는 게이트(150)들을 포함한다.
기판(110)은 갈륨아세나이드(GaAs) 또는 실리콘(Si) 등의 재질로 되어 있다.
오버행(140)이란 도 4에서 보는 바와 같이 위쪽이 돌출된 구조물을 지칭한다.
오버행(140)의 하단부(142)는 실리콘 나이트라이드(Si3N4) 또는 BCB(BenzoCyloButene)로 이루어지고, 상단부(144)는 실리콘 다이옥사이드(SiO2)로 이루어진다. 상단부(144)로 금속물질을 사용할 수도 있다.
게이트(150)는 상기 오버행(140)의 사이사이에 설치되어, 본 발명의 일실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치(100)는 다중 게이트(Multiple Gate) 구조를 갖게 된다.
도 5는 본 발명의 유전체 오버행(140)의 전자 현미경 사진이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치(100)에서 게이트(150) 간의 거리가 200nm인 경우의 전자 현미경 사진이다.
도 6을 참조하면, 게이트(150) 간의 거리가 200nm인 경우에도 유전체 오버행(140)이 무너지지 않고 잘 견디고 있음을 알 수 있다.
Si3N4, SiO2, BCB 등의 유전체는 레지스트보다 딱딱하고 안정적인 물질이다. 또한, 유전체는 레지스트보다 기판과의 결합력이 뛰어나다. 따라서, 레지스트 오버행을 사용하는 경우 바닥면 길이 대 높이 방향의 비율(aspect ratio= 높이/바닥면의 길이)가 큰 구조물을 제작하기 어려운 반면, 유전체 오버행을 사용하는 경우 aspect ratio가 큰 구조물의 제작에 적합하다.
따라서, 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치(100)는 좁은 공간에 여러 개의 유전체 오버행(140)을 제작할 수 있어서, 게이트(150) 간의 거리도 좁힐 수 있고, 따라서 소스(120)와 드레인(130) 간의 저항을 줄일 수 있어서 고주파 스위치(100)의 전기적 특성을 좋게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법을 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법의 플로우 차트이다. 도 8 내지 도 15는 상기 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조방법의 각 공정에 따른 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 먼저 기판(210) 위에 유전체(220)를 코팅한다(단계 S210). 유전체(220)는 BCB로 하여 6㎛ 정도의 두께로 코팅한다.
그 다음, 도 9를 참조하면, 에치 마스크를 사용하여 상기 유전체(220) 위에 금속물질로 이루어진 제1 하단 스파이럴(230)을 제작한다(단계 S220).
그 다음, 도 10을 참조하면, 상기 제1 하단 스파이럴(230)이 설치된 부분 외의 유전체(220)를 에칭하여 제1 오버행(240)을 생성한다(단계 S230). 제1 오버행(240)은 약 3㎛ 정도의 높이를 갖게 된다.
그 다음, 도 11을 참조하면, 상기 유전체(220)의 에칭된 부분에 제2 하단 스파이럴(250)을 제작한다(단계 S240). 단계 S240에 이르러 제1 오버행(240)을 이용한 두 개의 스파이럴의 제작이 완성된다.
그 다음, 도 12를 참조하면, 제1 및 제2 하단 스파이럴(230, 250)이 설치된 기판 위에 소정 높이로 유전체(220)를 코팅하여 평탄화하고, 하단 스파이럴과 상단 스파이럴이 전기적으로 연결되어야 하는 부분에는 비아홀(260)을 형성시킨다(단계 S250).
도 12 내지 도 15에서 왼쪽 단면도는 비아홀(260)이 없는 부분의 단면도이고, 오른쪽 단면도는 비아홀(260)이 있는 부분의 단면도이다.
그 다음, 도 13을 참조하면, 상기 단계 S250에서 평탄화된 유전체(220) 및 상기 비아홀(260) 위에 에치 마스크를 사용하여 제1 상단 스파이럴(270)을 제작한다(단계 S260).
그 다음, 도 14를 참조하면, 제1 상단 스파이럴(270)이 설치된 부분 외의 유전체(220)를 에칭하여, 제2 오버행(280)을 생성한다(단계 S270).
그 다음, 도 15를 참조하면, 단계 S270에서 에칭된 부분 및 상기 비아홀(260)에 제2 상단 스파이럴(290)을 제작한다(단계 S280). 단계 S280에 이르러 제2 오버행(280)을 이용한 나머지 두 개의 스파이럴이 추가적으로 완성된다.
도 16 및 도 17은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법에 의해 제조된 인덕터(200)의 모식도 및 분리 평면도이다. 도 17에서 세모 모양은 제1 비아홀(262)를 의미하며, 네모 모양은 제2 비아홀(264), 원 모양은 제3 비아홀(266)을 의미한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법에 의해 제조된 인덕터(200)의 전자현미경 사진이다. 구체적으로 도 18의 윗부분의 점선은 인덕터(200)를 나타내고, 아랫부분의 점선은 상기 인덕터(200)의 단면도이며 도 18의 맨 하단의 사진은 그 확대도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 제1 하단 스파이럴(230)의 내측 일단부에 제1 상단 스파이럴(270)의 일단부와 연결되는 제1 비아홀(262)이 형성되어 있고, 제1 상단 스파이럴(270)의 타단부에 제2 하단 스파이럴(250)의 외측 일단부와 연결되는 제2 비아홀(264)이 형성되어 있고, 제2 하단 스파이럴(250)의 타단부에 제2 상단 스파이럴(290)의 내측 일단부와 연결되는 제3 비아홀(266)이 형성되어 있다.
도 16 및 도 17에 표기된 IN에서 OUT까지 따라가보면, IN → 제1 하단 스파이럴(230) → 제1 비아홀(262) → 제1 상단 스파이럴(270) → 제2 비아홀(264) → 제2 하단 스파이럴(250) → 제3 비아홀(266) → 제2 상단 스파이럴(290) → OUT 으로 되어서, IN 에서 OUT 까지 모든 스파이럴이 한 방향으로 돌고 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법에 의해 제조된 인덕터(200)는 도 3의 평면적 구조를 갖는 일반적인 스파이럴 인덕터과 비교해 볼 때, 동일한 면적에서 권선을 4번 더 할 수 있고 각 권선간의 상호 인덕턴스(Mutual inductance)가 존재하기 때문에, 단위 면적당 인덕턴스가 4배 이상 증가하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 다중 게이트 구조의 고주파 스위치에서 유전체로 이루어진 오버행을 이용하여 게이트 간의 거리를 좁혀서 고주파 스위치의 전기적 특성을 좋게 할 수 있는 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유전체 오버행을 사용하여 입체적 다층 구조의 스파이럴 인덕터를 제작함으로써, 면적당 인덕턴스를 크게 하고 제작 시간 및 비용을 줄이는 유전체 오버행을 이용한 인덕터의 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (3)
- 기판 위에서 소스와 드레인 사이에 설치되고, 유전체로 이루어지는 다수개의 오버행; 및상기 각 오버행 사이에 설치되는 게이트를 포함하는 유전체 오버행을 이용한 고주파 스위치.
- 기판 위에 유전체를 코팅하는 제1 단계;상기 유전체 위에 제1 하단 스파이럴을 제작하는 제2 단계;상기 제1 하단 스파이럴이 설치된 부분 외의 유전체를 에칭하여, 제1 오버행을 생성하는 제3 단계;상기 유전체의 에칭된 부분에 제2 하단 스파이럴을 제작하는 제4 단계;상기 제1 및 제2 하단 스파이럴이 설치된 기판 위에 소정 높이로 유전체를 코팅하여 평탄화하고, 하단 스파이럴과 상단 스파이럴이 전기적으로 연결되어야 하는 부분에는 비아홀을 형성시키는 제5 단계;상기 제5 단계에서 평탄화된 유전체 및 상기 비아홀 위에 제1 상단 스파이럴을 제작하는 제6 단계;상기 제1 상단 스파이럴이 설치된 부분 외의 유전체를 에칭하여, 제2 오버행을 생성하는 제7 단계; 및상기 제7 단계에서 에칭된 부분 및 상기 비아홀에 제2 상단 스파이럴을 제작 하는 제8 단계를 포함하는 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제5 단계는,상기 제1 하단 스파이럴의 내측 일단부에 제1 상단 스파이럴의 일단부와 연결되는 제1 비아홀을 형성시키고, 제1 상단 스파이럴의 타단부에 제2 하단 스파이럴의 외측 일단부와 연결되는 제2 비아홀을 형성시키고, 제2 하단 스파이럴의 타단부에 제2 상단 스파이럴의 내측 일단부와 연결되는 제3 비아홀을 형성시키는 것을 특징으로 하는 유전체 오버행을 이용한 인덕터 제조 방법.
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